GPSRTK技术测绘在大比例尺地形图中之我见

[摘 要]随着GPS动静态一体机的出现,利用RTK技术测绘大比例尺数字地形图能大大减轻工作量、提高工作效率.本文介绍了GPS-RTK技术的基本原理及测量方法,提出了减小误差的措施与测量时需注意的几个问题.

[关 键 词]RTK原理大比例尺RTK误差源

[中图分类号]P217[文献码]B[文章编号]1000-405X（2013）-7-257-2

1RTK原理

GPS实时动态测量（Real-TimeKinematic）简称RTK,具体作业方法是在已知点上设置一台GPS接收机作为基准站,并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手簿,一至多台GPS接收机设置为流动站.基准站和流动站同时接受卫星信号,基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站,流动站接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理,实时得到本站的坐标和高程及其实测精度,并随时将实测精度和预设精度指标进行比较,一旦实测精度达到预设精度指标,手簿将提示测量人员是否接受该成果,接受后手簿将测得的坐标、高程及精度同时记录进手簿.

2RTK满足大比例尺地形图测绘精度要求的分析

精度是检验测绘成果是否合格的重要指标,经实践检验,利用RTK测绘技术所得测绘成果的点位中误差和高程中误差分布均匀、不存在误差累积,精度均能满足《城市测量规范》大比例尺地形图测绘二级导线点、图根点、地物点的精度要求.

连江县塘坂水库引水工程测量项目测区位于连江县潘渡乡境内鳌江北侧,线路起点为塘坂水库,横跨坡西村、东岸村、仁山村、贵安村、潘渡乡、终点至观音阁水厂.线路由西向东,呈横条带状分布.大部分线路地处鳌江流域边界,植被发育.特别是塘坂至风南地段,地形高差起伏变化较大,通视条件极差,利用传统的测量方法施测具有很大难度.通过利用RTK测绘技术,较好地完成了此测量项目.

2.1RTK平面测量

在塘坂水库引水工程1：500地形测量中,沿工程线路由塘坂水库向观音阁水厂布设24个四等GPS控制点,而后采用RTK技术来代替常规二级导线测量.基准站设置在较为空旷地带,符合基准站的架设条件,与已知点的距离在2～3km之间.联测四个C、D级GPS点和三个三、四等水准点,解算出两坐标系之间的转换参数,水平残差最大为±3.1cm,垂直残差最大为±0.7cm.为了提高待测点的观测精度,将天线设置在对点器上,观测时间大于20秒,采用不同的时间段进行两次观测取平均值：机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm,高程中误差±2.0cm；观测中,取平面和高程中误差均小于±1.0cm时进行记录.

观测后RTK点两次观测值坐标进行比较得出RTK点两次观测值坐标较差最大值为±2.8cm,最小值为0cm.考虑到两次观测采用了同一基准站,观测条件基本相同,可以将其视为同精度双观测值的情况,进而求得观测值中误差和平均值中误差.

mg等于（[dd]/2n）^0.5±0.9cm

观测值中误差为：

mp等于±0.9（2）^0.5等于±0.6cm

平均值中误差为：

在测量二级导线精度RTK点的同时,我们采用相同方法测量了测区附近的一级导线点和二级GPS已知点,一方面作为已知点进行检核,另一方面可以间接说明RTK的测量精度（见下表）.

表中坐标较差值最大为±3.1cm,最小为±0.6cm.坐标较差值的中误差为±1.7cm,这说明RTK技术能满足《城市测量规范》中最弱点的点位中误差（相对于起算点）不大于±5cm的要求.

2.2RTK高程测量

塘坂水库引水工程1：500地形测量项目中,我们采用常规手段对RTK控制点进行了四等水准测量.平差后,每公里高差中误差为±4.2mm,最弱点高程中误差为±6.5mm.在进行RTK平面控制测量的同时,我们也利用RTK技术进行了高程测量.观测值中误差为±1.4cm,平均值中误差为±1.0cm.

如果四等水准网高程中误差取±2.0cm,RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.0cm,则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为±2.8cm,高程较差允许误差为±5.6cm.可见求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差.

3RTK误差源的分析及减小误差的措施

RTK的测量精度包括两个部分,其一是GPS的测量误差,其二是坐标转换带来的误差.对于坐标转换来说,又可能有两个误差源：一是投影带来的误差,二是已知点误差的传递.以下是对于各项误差的分析以及减小这些误差的几点工作体会：

3.1信号干扰引起GPS测量误差

此项误差源可尽量避免,对于基准站而言,要避开在测站周围100-500米范围的UHF、VHF、TV和BP机发射台,避开高压线以及用于航空导航的雷达装置等强电磁波辐射源.

3.2太阳黑子的磁暴引起GPS测量误差

此项误差源也可避免,在进行RTK测量前,要登录相关网站查看太阳的活动信息,避开太阳黑子爆发活动期.在太阳活动平静期,其影响小于5ppm,当太阳黑子爆发时,其影响可达50ppm.实践证明,在太阳黑子爆发期,不但RTK测量无法进行,即使静态GPS测量也会受到严重影响.

3.3基准站和流动站之间距离引起GPS测量误差

RTK定位测量中,流动站随着与基准站距离的增大,初始化的时间将会延长,精度将会降低,所以流动站与基准站之间的距离不能太大,一般不超过10km范围.

3.4坐标转换引起测量成果系统误差

空间相对位置关系不是我们要的最终值,要进一步把空间相对位置关系纳入我们所需要的坐标,就要通过坐标转换把GPS的观测成果投影成平面坐标,再用已知控制点计算二维相似变换的四参数,高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型,利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常,从而求出他们的高程,在这个过程中会产生误差,该项误差主要取决于已知点的精度和已知点的分布情况.因此,在求解转换参数时,要求控制点的个数在3个以上,而且点精度要均等,并要均匀分布于测区周围；此外,通过实际作业发现,利用远距离作业区的控制点求解的转换参数,误差较大,所以在求解转换参数时,最好使用作业区附近的控制点来求解转换参数.

4RTK作业前的检验

RTK测量的误差源清楚了,但其稳定性取决于数据链传输质量和流动站的观测环境,虽然RTK技术使用了较好的数据处理方法,但毕竟RTK使利用非常有限的数据量,而且实时处理难以消除由于卫星信号暂时遮掩、无线电传输误差造成的误差.对于每日施工前、设置新的基准站和接收机或者控制器内的数据和参数更新后都要进行复测检核.这点很重要,通过检验,一方面可以发现在基准站和流动站设置中的问题,另一方面可以检验RTK作业的精度情况是否可以满足待定点位的精度要求.RTK作业前的检验可采用测区内高等级控制点,即在设置好基准站和流动站后,求解完转换参数,测定点的坐标前,将流动站放置到已有的未参与参数转换的控制点上进行比较,然后将测定坐标与已有的成果进行比较.此外,为了提高待定点的可靠性,在检验时,尽量使检验点在该基准站作业范围的边缘（一般在5km左右）.在控制点成果较少的情况下,也可以使用前一测定的成果与本次测量成果进行比较,以达到检验目的.

5结束语

总之,随着GPS测量技术及电子计算机的普及,地形图的测绘技术正在逐步地走向多元化和高科技化.近年来,随着GPS动静态一体机的出现,利用RTK技术测绘大比例尺数字地形图能大大减轻工作量、提高工作效率.

[4]邓融.如何评价电子水准仪的质量与性能.[期刊论文]-北京测绘2002（3）.